Ciclo de Carnot – definición

1. definición
   

2. Física

El ciclo de Carnot es un ciclo particular de transformaciones termodinámicas de un gas ideal.

Consta de dos transformaciones isotérmicas y dos transformaciones adiabáticas.

Fue descrito y analizado por el ingeniero francés Sadi Carnot, en 1824, en sus estudios sobre máquinas térmicas.

El ciclo de Carnot se puede describir mediante los siguientes pasos:

• El gas sufre una transformación isotérmica. Expande y absorbe la cantidad de calor Q₁ de una fuente caliente a temperatura T₁.
• Después de la transformación isotérmica, el gas sufre una transformación adiabática (sin intercambio de calor con el medio). A medida que se expande adiabáticamente, su temperatura desciende a un valor T_dos.
• Luego, el gas sufre una compresión isotérmica y libera una cantidad de calor Q_dos a la fuente fría a temperatura T_dos.
• Finalmente, vuelve a la condición inicial después de someterse a compresión adiabática.

Diagrama del ciclo de Carnot

Teorema de canot

La gran importancia del ciclo de Carnot se debe al siguiente teorema:

Ninguna máquina térmica que opere entre dos fuentes dadas, a temperaturas T₁ y T_dos, puede tener un rendimiento más alto que una máquina Carnot que opera entre estas mismas fuentes.

La máquina de Carnot es una máquina térmica que funciona según el ciclo de Carnot.

Todas las máquinas Carnot tienen el mismo rendimiento, siempre que funcionen a las mismas temperaturas.

Fórmula

Para calcular el rendimiento de una máquina Carnot utilizamos la siguiente fórmula:

Ser,

R el rendimiento de la máquina de Carnot.
T₁ la temperatura de la fuente caliente en Kelvin (K)
T_dos la temperatura de la fuente fría en Kelvin (K)

Para saber más, vea también:

Ejercicios resueltos

1) ¿Cuál es el rendimiento de una máquina Carnot que opera entre temperaturas de 27ºC y 227ºC?

2) ENEM – 2016 (2a aplicación)

Hasta 1824 se creía que las máquinas térmicas, ejemplos de las cuales son las máquinas de vapor y los motores de combustión actuales, podrían tener un funcionamiento ideal. Sadi Carnot demostró la imposibilidad de una máquina térmica, operando en ciclos entre dos fuentes térmicas (una caliente y una fría), para obtener una eficiencia del 100%.

Tal limitación ocurre porque estas máquinas

a) realizar trabajos mecánicos.
b) producir un aumento de entropía.
c) utilizar transformaciones adiabáticas.
d) contradecir la ley de conservación de energía.
e) operar a una temperatura igual a la de la fuente caliente.

vea también: Ejercicios de termodinámica